作为中科院物理所的一名小编,对量子力学可是情有独钟。不信你翻翻物理所公众号的文章,可谓是“每月一小聊,每年一大聊”。即便如此小编也觉得自己还只是学了点皮毛。前天习大大在中央政治局集体学习中就强调了要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。不过别一听到量子科技就开心,在你准备关注量子科技概念股之前。你真的知道什么是量子吗?
如果连量子都不知道,还最后稀里糊涂地梭哈又稀里糊涂被套,那小编只能为你祈祷了。
去年我们在五道口做过一个采访,采访了路人“什么是量子力学?”。可以来看看大家的回答。哎,不懂量子力学不要紧,小编看完只希望看完这篇的小伙伴至少让长辈们别再给量子概念交智商税了,动动手指转发到家庭群里去。小编随手一搜“量子鞋垫”,第一条就是一家号称拥有量子科技的公司,什么量子鞋垫、内衣、袜子就都……量子了?
去年还风靡了一段时间的量子波动速读,据说通过快速翻阅书本甚至蒙上眼睛,书中的内容就能很快的进入大脑里。什么原理呢,解释不通?就量子力学呗,可谓是万物皆可量子力学。
要是不知道量子力学是什么,那小编建议你戳一下这个视频,看一看曹则贤老师在今年跨年科学演讲的剪辑。曹则贤老师比喻得很好,我们生活中的可以见到的感知到的事物,包括光和能量的最小单位都能称之为量子。
就像我们远处看鱼群是乌央乌央的一片黑,但是放大了看就是一只一只的鱼,这就可以说是鱼群的量子。我们一旦将对物质的研究尺寸缩小到纳米(10-9 m)层面,物质就显现出了量子效应。其中“量子”主要指的是,能量是量子化的,因为在量子力学成立以前,人们对能量的认识是能量分布是连续的,并且服从麦克斯韦——玻尔兹曼分布。
如今量子力学的大厦已经逐渐建立起来了。量子力学中有很多反常识的理论,所以量子力学也有着反常识、难理解的特点,毕竟这是一门反常识的学科,据说谁看到量子理论还没发疯,那他肯定是没有看懂。所以......你懂了吧。量子力学其实也没那么高端,在我们生活中量子技术就已经在应用了,像晶体管和固态硬盘,还有实验室可能用到的扫描电子显微镜。但真正小编想强调的量子科技则是量子通信和量子计算。
我们经常用波函数来描述机械波或者电磁波,而德布罗意提出我们身边的物质都具有波动性,这个猜想在微观层面,也就是电子层面已经得到了验证。对于电子我们用薛定谔方程来描述,这个薛定谔方程的解被称为电子的波函数,它能够描述某一个电子的“一切”信息。这里的“一切”也正是科学家们想要知道的电子的概率分布。这个解没办法告诉我们什么时候电子会在空间的什么位置出现。
即这个解描述的不是电子的轨迹,但是能够告诉我们,电子在空间某一位置出现的概率。但是这个波函数也不是表示电子在空间中是以波的形式分布的,所以可以像求解机械波中的振幅一样求解出电子的振幅吗,这当然不是。
对于某一个量子体系,可能有多个波函数可以描述,将多个波函数进行线性组合后也依然可以描述这个体系,可以说波函数是“叠加态”的。
我们通过一个波函数可以求解,通过另一个波函数也能够求解,这是两个完全不同的解,在我们没有对这个体系观测的时候,可以认为这些解都是存在,是通过概率联系起来的“叠加态”。然而当我们对这个体系进行观测,那么这个解(态)就确定了,我们可能得到众多态中的一个,我们没办法知道另外的态是什么。这个体系也就丧失了“叠加态”,“坍缩”到了某一个态。这也是著名的“薛定谔的猫”的论述的来源。
在波函数描述多电子体系时,还会出现一个神奇的现象——量子纠缠,也就是说在一个多电子体系中,对一个电子的状态的改变能够牵扯到这个体系其他电子的状态的改变,不管这个两个电子的距离相隔多远。这种性质也就是量子通信的理论基础。实际上量子通信是量子密钥加传统通信的简称。量子通信并不是通过量子纠缠来传递信息,而是传递密钥。量子的不可克隆性和不确定性保证了量子密匙分配的高安全性。
量子科技给社会带来的红利是巨大的,要说到中国的量子技术,可是一直都走在世界的前列呢。下一个科技浪潮的风口,小编想,中国占领制高点是没问题的,拭目以待吧!